全球气候模式对中国降水分布时空特征的评估和预估

使用观测和多模式集合平均的降水资料,评估全球气候模式对中国降水时空分布特征的模拟能力,并给出21世纪的预估。结果表明：全球气候模式在一定程度上能够再现中国地区降水的分布型,也能模拟出降水的区域性差异。对年降水10年、20年尺度上的周期变化模拟效果较好。21世纪SRES A1B情景下中国年及夏季降水主要模态以全国一致型为主,2045年前后由少雨型转为多雨型;冬季降水为少雨型与多雨型交替出现。     

亚洲夏季风爆发的基本气候特征分析

利用统一的亚洲热带夏季风爆发指标,重新制作了季风爆发日期的推进图,确证了亚洲热带夏季风最早在热带东印度洋与中印半岛中南部爆发的观点,这发生在26候(5月10日前后),28候(5月20日前后)在南海地区相继爆发,这两个地区的爆发是属同一季风系的不同爆发阶段.以后通过对海陆热力对比、季节内振荡等多方面的分析,对夏季风的爆发机制问题进行了深入的研究,提出了气候学意义下影响亚洲热带夏季风爆发的关键影响因子.在此基础上,给出了夏季风最早在热带东印度洋-中印半岛-南海地区爆发机理的一种概念模式图,即大气环流的季节进程是季风爆发的背景条件;而中印半岛及其邻近地区对流活动和感热与潜热加热的迅速增强与北推、印缅槽的强烈加深,以及高原东部地区的西风暖平流作用是夏季风爆发的主要驱动力,其结果是使经向温度梯度首先在这个地区反向并建立强的上升运动区,使热带季风和降水迅速发展和加强;来自不同源地的低频30-60 d和10-20 d季节内振荡的锁相则是夏季风爆发的一种触发因子,正是这些因子的共同作用导致了亚洲热带夏季风在这个地区的最早爆发.     

赤道地区向西传播的40天周期低频波

本文用滤波和EOF位相合成技术对1981年7—12月份赤道地区出现的向西传播的40天周期低频波进行了分析。结果认为东太平洋地区从南半球到北半球的越赤道40天周期温度波是产生这种西传波的主要原因。这种波动主要产生于两个源地:一个是赤道150°E附近的对流层下层;另一个是110°W的赤道对流层上层。这两处产生的低频波性质不一样,前者与对流密切相关。通过计算整层积分的非绝热加热Q_1和水汽汇Q_2,结果表明Q_1加热中心在东太平洋也有越赤道传播。在150°E以西Q_2加热中心是向西北传播的,与低频波方向一致,Q_1的传播特征不明显,这说明西太平洋地区的热带对流可能有这种周期振荡。     

Multi-Year Simulations and Experimental Seasonal Predictions for Rainy Seasons in China by Using a Nested Regional Climate Model （RegCM_NCC） Part Ⅱ： The Experimental Seasonal Prediction

A nested regional climate model has been experimentally used in the seasonal prediction at the China National Climate Center (NCC) since 2001. The NCC/IAP (Institute of Atmospheric Physics) T63 coupled GCM (CGCM) provides the boundary and initial conditions for driving the regional climate model (RegCM NCC). The latter has a 60-km horizontal resolution and improved physical parameterization schemes including the mass flux cumulus parameterization scheme, the turbulent kinetic energy closure scheme (TKE) and an improved land process model (LPM). The large-scale terrain features such as the Tibetan Plateau are included in the larger domain to produce the topographic forcing on the rain-producing systems. A sensitivity study of the East Asian climate with regard to the above physical processes has been presented in the first part of the present paper. This is the second part, as a continuation of Part I. In order to verify the performance of the nested regional climate model, a ten-year simulation driven by NCEP reanalysis datasets has been made to explore the performance of the East Asian climate simulation and to identify the model’s systematic errors. At the same time, comparative simulation experiments for 5 years between the RegCM2 and RegCM NCC have been done to further understand their differences in simulation performance. Also, a ten-year hindcast (1991–2000) for summer (June–August), the rainy season in China, has been undertaken. The preliminary results have shown that the RegCM NCC is capable of predicting the major seasonal rain belts. The best predicted regions with high anomaly correlation coefficient (ACC) are located in the eastern part of West China, in Northeast China and in North China, where the CGCM has maximum prediction skill as well. This fact may reflect the importance of the largescale forcing. One significant improvement of the prediction derived from RegCM NCC is the increase of ACC in the Yangtze River valley where the CGCM has a very low, even a negative, ACC. The reason behind this improvement is likely to be related to the more realistic representation of the large-scale terrain features of the Tibetan Plateau. Presumably, many rain-producing systems may be generated over or near the Tibetan Plateau and may then move eastward along the Yangtze River basin steered by upper-level westerly airflow, thus leading to enhancement of rainfalls in the mid and lower basins of the Yangtze River. The real-time experimental predictions for summer in 2001, 2002, 2003 and 2004 by using this nested RegCM NCC were made. The results are basically reasonable compared with the observations.     

东亚地区区域气候模拟的研究进展

由于大气环流模式对东亚地区区域气候特征的模拟存在很大不足,采用区域气候模式模拟该地区特殊的季风气候成为目前发展的一个重要研究方向,并取得了显著的研究进展。通过回顾当前东亚地区区域气候模拟的现状,表明大部分区域气候模式都不同程度地模拟出了东亚季风区持续性洪涝现象的大尺度环流特征和演变过程,再现了东亚各主要气候区降水的年际、季节和季节内变化及主要雨带的季节进退和降水的时空演变特征。但是,大部分模式没能很好地模拟出大尺度特征的强度和量值,模拟的温度和降水存在系统性偏差。原因分析表明,进一步完善和改进区域气候模式的物理过程参数化方案及动力框架可以改善模拟效果。最后对区域气候模式未来的发展给出展望。     

中国近百年温度曲线的对比分析

 温度变化是全球变化研究中非常重要的基础性问题,在中国近百年温度变化方面,十几年来已取得了明显进展,这首先表现在建立了若干条全国平均气温序列,而几条主要序列间的相关系数在0.73～0.97之间。同时,这些进展也表现在基础资料质量提高、空间覆盖面扩大、序列均一性改善以及结果可靠性提高等方面。对多序列进行综合分析得到的新结果显示,1906-2005年中国的年平均气温上升了（0.78±0.27）℃,2007年是我国近百年来最暖的一年;代表性分析显示,现有的几条中国温度序列中除覆盖完整的序列外,其他序列在1920或1930年代以前可能主要反映中国东部变化情况,但在此之后则能较好地代表全国大部分地区的气候变化特征。     

ENSO及其组合模态对中国东部各季节降水的影响

基于1961-2016年中国地面台站降水观测资料和多种再分析资料,分析了东部型和中部型两类厄尔尼诺事件对中国夏季水汽输送和降水的不同影响。结果表明：（1）厄尔尼诺事件对中国夏季降水的影响在发生当年和次年有明显的不同,主要影响是在其发生的次年,中国大部分地区的夏季降水明显偏多。（2）东部型厄尔尼诺事件当年夏季,西北太平洋副热带高压（副高）偏东偏弱,水汽输送条件较弱,不利于中国大范围降水的发生;中部型事件当年夏季,低纬度印度洋和西太平洋蒸发异常偏强,来自阿拉伯海、孟加拉湾和西北太平洋向华南地区的水汽输送和净水汽收支增加,有利于华南地区降水的异常增多。（3）东部型厄尔尼诺事件次年夏季,副热带太平洋蒸发异常偏强,副高西伸,由于东亚-太平洋（EAP）遥相关型的建立,副高西侧的强西南气流将来自太平洋蒸发的大量水汽持续输送至中国中东部地区。此外,在东亚-太平洋遥相关型影响下中高纬度地区建立了亚洲双阻型环流,其间的低槽冷涡与上游阻高之间的强偏北气流有利于北冰洋的水汽持续输送到西北和华北北部地区,中国大部分地区净水汽收支均增加,中国北方和南方地区的降水均产生了明显的同步性增多响应,形成了南北两条异常雨带。中部型厄尔尼诺事件次年夏季,副高较常年偏西且偏北,来自太平洋蒸发的大量水汽输送到江淮地区,使其净水汽收支增加和降水偏多。因此,厄尔尼诺事件的发生不仅对长江流域和淮河流域等南方地区的降水有重要影响,对华北、东北和西北地区的降水异常也有相当的作用。     

东亚冬季风中非地转风的初步研究

本文对非地转风在东亚冬季冷空气活动过程中的作用及影响非地转风的主要因子等问题进行了初步研究,并讨论了非地转风在有限区动能收支中的作用。结果表明,非地转风是冷空气过程中地面偏北大风加强的主要原因之一,非地转风次级环流使东亚高空西风急流和Hadley环流得以加强,而高空西风急流具有次地转的特征。变高、惯性平流和摩擦作用是影响非地转风的主要因子。此外,位温局地变化,位温平流和非绝热作用对非地转风的形成亦有相当大的贡献,但该三项非地转风分量的向量和接近于零。非地转风在有限区动能的收支中也起着十分重要的作用。     

印度夏季风与中国华北降水的遥相关分析及数值模拟

20世纪80年代中国学者揭示了印度夏季风与中国华北降水的正相关关系,以后国内外又有一些研究证实了这种正相关关系的存在.文中利用1951-2005年多种气象资料和数值模拟方法,详细讨论了印度夏季风和中国华北地区夏季降水的关系,并针对由印度西北部经青藏高原到中国华北地区形成的正、负、正的遥相关型,从动力因子和热力因子两方面探讨了其中的内在联系,所得结果不但确证了以往的结论,而且进一步揭示了印度夏季风对华北地区降水的影响机制.结果表明:(1)印度夏季风强(弱)时,华北地区容易出现降水偏多(少)的天气;华北地区降水偏多(少)时,印度夏季风偏强(弱)的机率却低一些,这说明印度夏季风的异常变化对华北地区夏季降水有更大的影响.(2)印度夏季风强度主要受印度季风槽的影响,在印度季风槽加深的同时,中高纬的低压槽也加深发展,而这时西太平洋高压脊西伸,来自低纬的西南风水汽输送和源于西太平洋的副热带高压南侧的东南风水汽输送共同作用,有利于华北地区的降水偏多;反之则不利于华北地区的降水.(3)区域气候模式模拟结果也很好地模拟出印度夏季风和华北夏季降水的遥相关关系,其相应的环流异常系统与诊断分析结果非常一致,这从另一方面证实了这种遥相关关系的存在和可靠性.     

印度洋海表温度主模态及其与亚洲夏季季风的关系

分析了印度洋SST主模态的时空特征,并探讨其对亚洲夏季季风的影响,结果表明:印度洋SST主模态的主要特征为整个海盆一致的增温趋势,主要具有准3a和准11a周期,在1976/1977年和1997/1998年分别具有两次年代际显著增温.印度洋SST主模态与中国雨区夏季降水有很好的关系,其增温趋势与华北、东北南部、华南东部和西南西部降水减少,长江中下游地区、东北北部和西北地区降水增多具有很好的关系,并与长江中下游梅雨雨量具有较好的正相关关系;其变化趋势对亚洲夏季季风系统具有显著影响,在高空,使南亚高压、高原南侧的高空东风以及从南海、东南亚至西南印度洋的高空越赤道气流减弱,但增强10°-20°N、40°-110°E的北风;在中层,使西北太平洋副热带高压强度偏强,面积偏大;在低层,增强索马里越赤道气流,但却削弱印度夏季季风低层环流,并且在加强东亚地区的低层南风在中国长江中下游地区及其以南地区的同时减弱华北地区的低层西南风;地面,使亚洲大陆的气压升高;与对流层整层垂直积分水汽输送通量的相关分布与低层环流的相似.因此,印度洋SST主模态的上升趋势是亚洲夏季季风趋于减弱和中国雨带南移的一个原因.